Геометрическая спецификация и проверка продукции (GPS&V) [1] — это набор стандартов ISO , разработанных Техническим комитетом ISO 213. [2] Целью этих стандартов является разработка общего языка для определения макрогеометрии (размера, формы, ориентации, местоположения) и микрогеометрии (текстуры поверхности) продукции или частей продукции, чтобы этот язык можно было использовать единообразно во всем мире.
Стандарты GPS&V охватывают:
Другие технические комитеты ISO тесно связаны с ISO TC 213. Технический комитет ISO 10 [3] отвечает за стандартизацию и координацию технической документации на продукцию (DPT).
Стандарты GPS&V описывают правила определения геометрических характеристик, которые далее включены в DPT. DPT определяется как:
DPT может быть либо обычной документацией, сделанной из двухмерных инженерных чертежей , либо документацией, основанной на моделях автоматизированного проектирования (CAD) с аннотациями 3RD. Правила ISO для написания документации в основном описаны в сериях ISO 128 и ISO 129 [5] , тогда как правила для аннотаций 3RD описаны в ISO 16792. [6]
Технический комитет ISO 184 [7] разрабатывает стандарты, тесно связанные со стандартами GPS&V. В частности, ISO TC 184/SC4 [8] разрабатывает стандарт ISO 10303, известный как стандарт STEP. GPS&V не следует путать с использованием ASME Y.14.5, который часто называют геометрическими размерами и допусками (GD&T).
ISO TC 213 был создан в 1996 году путем слияния трех предыдущих комитетов: [9]
Стандарты GPS&V основаны на нескольких базовых операциях, определенных в ISO 17450-1:2011: [10]
Эти операции должны полностью описывать процесс назначения допусков с точки зрения конструкции и с точки зрения измерения. Они представлены в серии стандартов ISO 17450. Некоторые из них дополнительно описаны в других стандартах, например, серии ISO 16610 для фильтрации. Эти концепции основаны на академических работах. [11] Основная идея заключается в том, чтобы начать с реальной части с ее несовершенной геометрией (модель кожи), а затем применить последовательность четко определенных операций для полного описания процесса назначения допусков. Операции используются в стандартах GPS&V для определения значения размерных, геометрических или поверхностных текстурных спецификаций.
Модель оболочки — это представление поверхности реальной детали. Модель в системах CAD описывает номинальную геометрию деталей изделия. Номинальная геометрия идеальна. Однако геометрические допуски должны учитывать геометрические отклонения, которые неизбежно возникают в процессе производства, чтобы ограничить их до того, что конструктор считает приемлемым для функциональности детали и всего изделия. Вот почему представление реальной детали с геометрическими отклонениями (модель оболочки) вводится в качестве отправной точки в процессе допусков.
Модель оболочки представляет собой представление всей реальной детали. Однако проектировщику очень часто, если не всегда, необходимо определить некоторые конкретные геометрические характеристики детали, чтобы применить подходящие спецификации. Процесс определения геометрических характеристик из модели оболочки или номинальной модели называется разделом. Стандартизация этой операции находится в стадии разработки в ISO TC 213 (серия ISO 18183).
Для получения раздела из модели оболочки можно использовать несколько методов, как описано в [12]
Модель кожи и разделенные геометрические элементы обычно рассматриваются как непрерывные, однако часто при измерении детали необходимо учитывать только точки, извлеченные из линии или поверхности. Процесс, например, выбора количества точек, их распределения по реальному геометрическому элементу и способа их получения является частью операции извлечения. Эта операция описана в ISO 14406:2011 [13]
Фильтрация — это операция, которая полезна для выбора интересующих признаков из других признаков в данных. Эта операция широко используется для спецификаций текстуры поверхности, однако это общая операция, которая может применяться для определения других спецификаций. Эта операция хорошо известна в обработке сигналов, где ее можно использовать, например, для выделения определенной длины волны в необработанном сигнале. Фильтрация стандартизирована в серии ISO 16610 , где описано множество различных фильтров.
Ассоциация полезна, когда нам нужно подогнать идеальный (совершенный) геометрический элемент к реальному геометрическому элементу, например, чтобы найти идеальный цилиндр, который аппроксимирует облако точек, которые были извлечены из реального (несовершенного) цилиндрического геометрического элемента. Это можно рассматривать как математический процесс оптимизации. Необходимо определить критерий оптимизации. Этим критерием может быть минимизация величины, например, квадратов расстояний от точек до идеальной поверхности. Также могут быть добавлены ограничения, такие как условие для идеального геометрического элемента, чтобы он лежал вне материала детали или имел определенную ориентацию или местоположение относительно другого геометрического элемента. Различные критерии и ограничения используются в качестве значений по умолчанию во всех стандартах GPS&V для различных целей, таких как геометрическая спецификация геометрических элементов или установление исходных данных, например. Однако стандартизация ассоциации в целом является работой, находящейся в стадии разработки в ISO TC 213.
Сбор — это операция группировки. Проектировщик может определить группу геометрических элементов, которые вносят вклад в одну и ту же функцию. Его можно использовать для группировки двух или более отверстий, поскольку они составляют одну базу, используемую для сборки детали. Его также можно использовать для группировки номинально плоских геометрических элементов, которые ограничены тем, что лежат внутри одной и той же зоны допуска плоскостности. Эта операция описана в нескольких стандартах GPS&V. Она широко используется в ISO 5458:2018 для группировки плоских геометрических элементов и цилиндрических геометрических элементов (отверстий или штифтов). Операцию сбора можно рассматривать как применение ограничений ориентации и/или ограничений местоположения среди геометрических элементов рассматриваемой группы.
Построение описывается как операция, используемая для построения идеальных геометрических объектов с совершенной геометрией из других геометрических объектов. Примером, приведенным в ISO 17450-1:2011, является построение прямой линии, полученной в результате пересечения двух совершенных плоскостей. Никакой конкретный стандарт не описывает эту операцию, однако она используется и определяется во многих стандартах в системе GPS&V.
Реконструкция — это операция, позволяющая построить непрерывный геометрический элемент из дискретного геометрического элемента. Это полезно, например, когда необходимо получить точку между двумя извлеченными точками, как это может быть в случае определения размера между двумя противоположными точками в определенном сечении в процессе получения линейного размера цилиндра. Операция реконструкции пока не стандартизирована в системе GPS&V, однако она описана в научных работах [14]
Редукция — это операция, позволяющая вычислить новый геометрический элемент из существующего. Новый геометрический элемент — это производный геометрический элемент.
Допуски размеров рассматриваются в стандарте ISO 14405:
Линейный размер указывается над линией, заканчивающейся стрелками и числовыми значениями для номинального размера и допуска. Линейный размер геометрического элемента размера определяется по умолчанию как расстояние между противоположными точками, взятыми с поверхности реальной части. [примечание 1] Процесс построения как сечений, так и направлений, необходимых для определения противоположных точек, определен в стандарте ISO 14405-1. Этот процесс включает определение связанного идеального геометрического элемента того же типа, что и номинальный геометрический элемент. По умолчанию используется критерий наименьших квадратов . Этот процесс определен только для геометрических элементов, где существуют противоположные точки.
ISO 14405-2 иллюстрирует случаи, когда размерные характеристики часто используются неправильно, поскольку противоположных точек не существует. В этих случаях использование линейных размеров считается неоднозначным (см. пример). Рекомендуется заменить размерные характеристики геометрическими характеристиками, чтобы правильно указать местоположение геометрического элемента по отношению к другому геометрическому элементу, элементу базы (см. примеры).
Угловые размеры полезны для конусов, клиньев или противоположных прямых линий. Они определены в ISO 14405-3. Определение подразумевает связывание идеальных геометрических элементов, например, плоскостей для клина, и измерение угла между линиями этих идеальных геометрических элементов в различных сечениях. Угловые размеры обозначены стрелкой и числовыми значениями для номинального размера и допуска. Следует отметить, что спецификация углового размера отличается от спецификации угловатости. Спецификация угловатости контролирует форму допускаемого элемента, но это не относится к спецификации углового размера.
Мы рассматриваем здесь спецификацию размера цилиндра, чтобы проиллюстрировать определение размера согласно ISO 14405-1. Номинальная модель предполагается как идеальный цилиндр с размерной спецификацией диаметра без каких-либо модификаторов, изменяющих определение размера по умолчанию. Согласно приложению D к ISO 14405-1:2016, процесс установления размера между двумя противоположными точками, начиная с реальной поверхности изготовленной детали, которая номинально является цилиндром, выглядит следующим образом:
Для иллюстрации см. пример ниже.
Требование к огибающей указывается путем добавления символа Ⓔ после значения допуска размерной спецификации. Символ Ⓔ изменяет определение размерной спецификации следующим образом (ISO 14405-1 3.8):
Максимальный вписанный размер для номинально цилиндрического отверстия определяется как максимальный диаметр идеального цилиндра, связанного с реальной поверхностью, с ограничением, примененным к связанному цилиндру, чтобы оставаться вне материала детали. Минимальный описанный размер для номинально цилиндрического штифта определяется как минимальный диаметр идеального цилиндра, связанного с реальной поверхностью, с ограничением, примененным к связанному цилиндру, чтобы оставаться вне материала детали. См. пример ниже для иллюстрации.
Использование символа конверта Ⓔ тесно связано с очень распространенной функцией подгонки деталей друг к другу. Размерная спецификация без конверта для двух подлежащих подгонке деталей недостаточна для обеспечения подгонки, поскольку отклонение формы деталей не ограничивается размерными спецификациями. Например, для подгонки цилиндрического штифта внутри цилиндрического отверстия требуется ограничить размеры обеих геометрических характеристик, а также ограничить отклонение прямолинейности обеих геометрических характеристик, поскольку именно сочетание размерной спецификации и геометрической спецификации (прямолинейности) позволит подгонять две детали.
Тогда цилиндрический штифт и цилиндрическое отверстие будут подходить даже в самых плохих условиях, не ограничивая детали особыми техническими характеристиками формы.
Следует отметить, что использование размерного размера с оболочкой не ограничивает ориентацию или расположение деталей. Использование геометрической спецификации вместе с максимальным требованием к материалу (символ Ⓜ) позволяет обеспечить подгонку деталей, когда требуются дополнительные ограничения по ориентации или расположению. ISO 2692:2021 [18] описывает использование максимального модификатора материала.
Стандарты GPS&V, касающиеся геометрических характеристик, перечислены ниже:
Слово «геометрия», используемое в этом параграфе, следует понимать как макрогеометрию, в отличие от спецификаций текстуры поверхности, которые рассматриваются в других стандартах. Основным источником геометрических спецификаций в стандартах GPS&V является ISO 1101. ISO 5459 можно рассматривать как сопутствующий стандарт с ISO 1101, поскольку он определяет датум, который активно используется в ISO 1101. ISO 5458 и ISO 1660 фокусируются только на подмножествах ISO 1101. Однако эти стандарты очень полезны для пользователя систем GPS&V, поскольку они охватывают очень общие аспекты геометрических допусков, а именно группы цилиндров или плоскостей и спецификации профилей (линии и поверхности).
Геометрическая спецификация позволяет определить три следующих объекта:
Шаги по чтению геометрической спецификации можно обобщить следующим образом:
Допускаемые элементы определены в стандарте ISO 1101. Допускаемый элемент — это реальный геометрический элемент с несовершенной геометрией, определяемый либо непосредственно из модели обшивки (интегральный элемент), либо с помощью процесса, начинающегося с модели обшивки (производный элемент).
Является ли допускаемый элемент интегральным или производным элементом, зависит от точного написания соответствующей спецификации: если стрелка выносной линии спецификации находится в продолжении размерной линии, в противном случае это интегральный элемент. Модификатор Ⓐ также может использоваться в спецификации для обозначения производного элемента.
Номинальный допускной элемент — это геометрический элемент с идеальной геометрией, определенной в TPD, соответствующей допускному элементу.
Базы определены в ISO 5459 как имитация контактного партнера в спецификации одной детали, где контактный партнер отсутствует. Контакты «плоское касание» и «подгонка линейного размера» охватываются значениями по умолчанию. При этой имитации появляется ошибка спецификации против функции природы, которая появляется в ограничениях сборки.
По сути, база данных используется для связи допустимого элемента (неидеальной реальной геометрии) с допустимой зоной (идеальной геометрией). Таким образом, объект базы данных представляет собой трехсложенный объект:
Связь между ориентацией, местоположением или спецификацией выбега и базами данных указывается в рамке геометрической спецификации следующим образом:
Некоторые геометрические спецификации могут вообще не иметь раздела базы данных (например, спецификация формы).
Содержимое каждой ячейки может быть:
Сначала описывается процесс построения системы данных, а затем следует процесс построения общих данных.
Датум идентифицируется не более чем тремя ячейками в геометрической спецификации кадра, соответствующими первичным, вторичным и третичным датумам. Для первичного, вторичного и третичного датума совершенная геометрическая особенность того же рода [примечание 2] , что и номинальная особенность, связана с реальной особенностью, как описано ниже:
Результатом является набор ассоциированных признаков. Наконец, этот набор ассоциированных признаков используется для построения ситуационной характеристики, которая является заданным данным.
Элементы базы данных определяются на модели кожи из компонента базы данных в списке номинальных данных, разделенных дефисом, которые появляются в конкретной ячейке спецификации ориентации или местоположения. Общая база данных может использоваться как первичная, вторичная или третичная база данных. В любом случае процесс построения общей базы данных одинаков, однако должны быть добавлены дополнительные ограничения ориентации, когда общая база данных используется как вторичная или третичная база данных, как это делается для систем базы данных и объясняется ниже.
Критерий ассоциации общих данных применяется ко всем связанным объектам вместе со следующими ограничениями:
Результатом является набор ассоциированных признаков. Наконец, этот набор ассоциированных признаков используется для построения ситуационной характеристики, которая является заданным данным.
Последним шагом в процессе установления данных является объединение связанных признаков для получения конечного объекта, определяемого как признак ситуации, который идентифицируется с указанным данным (ISO 5459:2011 Таблица B.1). Он является членом следующего набора:
Как построить особенности ситуации и, следовательно, указанный датум, в настоящее время в основном определяется с помощью примеров в ISO 5459:2011. Более конкретные правила находятся в стадии разработки. Концепция указанного датума тесно связана с классами поверхностей, инвариантных через смещения. Было показано, что поверхности можно классифицировать в соответствии со смещениями, которые делают их инвариантными. [23] Число классов равно семи. Если смещение делает поверхность инвариантной, то это смещение не может быть зафиксировано соответствующим указанным датумом. Таким образом, смещения, которые не являются инвариантными, используются для фиксации определенных степеней свободы зоны допуска.
Например, набор связанных данных, состоящий из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, соответствует следующей характеристике ситуации: плоскость, содержащая прямую линию, содержащую точку. Плоскость является первой полученной связанной плоскостью, линия является пересечением между второй связанной плоскостью и первой, а точка является пересечением между линией и третьей связанной плоскостью. Указанный датум, таким образом, принадлежит к комплексному классу инвариантности ( ), и все степени свободы зоны допуска могут быть заблокированы с этим указанным датумом.
Графические символы класса инвариантности не определены в стандартах ISO, а используются в литературе только в качестве полезного напоминания. Геликоидальный класс ( ) также может быть определен, однако в реальных приложениях его обычно заменяют цилиндрическим классом.
Зоны допуска определены в ISO 1101. Зона допуска — это поверхность или объем с идеальной геометрией. Это поверхность, когда она должна содержать элемент допуска, представляющий собой линию. Это объем, когда она должна содержать элемент допуска, представляющий собой поверхность. Ее часто можно описать как жесткое тело со следующими атрибутами:
TED идентифицируются на номинальной модели размерами с номинальным значением в рамке без каких-либо допусков. Эти размеры сами по себе не являются спецификацией, но необходимы при применении ограничений для построения базы данных или для определения ориентации или местоположения зоны допуска. TED также может использоваться для других целей, например, для определения номинальной формы или размеров профиля.
При применении ограничений обычно следует учитывать два типа TED:
Геометрические характеристики делятся на три категории:
Спецификация выбега — это еще одно семейство, которое включает как форму, так и местоположение.
В этом параграфе приведены примеры размерных и геометрических спецификаций для иллюстрации определения и использования размерных и позиционных спецификаций. Размеры и значения допусков (отображаемые синим цветом на рисунках) должны быть числовыми значениями на реальных чертежах. d, l1, l2 используются для значений длины. Δd используется для размерного значения допуска, а t, t1, t2 для позиционных значений допуска. Для каждого примера мы представляем:
Отклонения увеличены по сравнению с фактическими деталями, чтобы максимально наглядно показать шаги, необходимые для построения операторов GPS&V. Первая угловая проекция используется в техническом чертеже.
Проверка двоякая:
Этот пример часто удивляет новичков в GPS&V. Однако это прямое следствие определения линейного размера в ISO 14405-1. Целевая функция здесь, вероятно, заключается в определении местоположения двух плоскостей, поэтому спецификация местоположения на одной поверхности относительно другой поверхности или местоположение двух поверхностей относительно друг друга считается правильным способом достижения функции. Смотрите примеры.
Эта спецификация может быть полезна, когда одна поверхность (в данном случае базовая плоскость) имеет более высокий приоритет в процессе сборки. Например, может потребоваться, чтобы вторая деталь помещалась в паз, направляемый плоскостью, где указана базовая плоскость. Деталь не соответствует спецификации для этой конкретной реальной детали, поскольку допускаемый элемент (оранжевый сегмент линии) не включен в зону допуска (зеленую).
Этот случай 2 похож на случай 1 выше, однако допуск и база поменялись местами, так что результат будет совершенно другим, как объяснено выше. Эта спецификация может быть полезна, когда одна поверхность (базовая плоскость) имеет более высокий приоритет над другой поверхностью в процессе сборки. Например, может потребоваться, чтобы вторая деталь помещалась в паз, направляемый плоскостью, где указана база. Деталь не соответствует спецификации для этой конкретной реальной детали, так как допуск (оранжевый сегмент линии) не включен в зону допуска (зеленую)
Эта спецификация может быть полезна, когда две поверхности (в данном случае плоскость) имеют одинаковый приоритет в процессе сборки. Например, может потребоваться, чтобы вторая деталь помещалась в паз, направляемый двумя плоскостями. Деталь соответствует спецификации для этой конкретной реальной детали, поскольку допускной элемент (два оранжевых сегмента линии) включен в зону допуска (зеленую).
Эта спецификация может быть полезна, когда отверстия фактически расположены от краев пластин в процессе сборки и где поверхность A имеет более высокий приоритет над B. Если процесс сборки изменяется, то спецификация базы должна быть адаптирована в соответствии с этим. Порядок базы важен в системе базы, поскольку результирующая указанная база может сильно отличаться. Деталь соответствует спецификации для этой конкретной реальной детали, поскольку допускной элемент (фиолетовая линия слева, фиолетовая точка справа) включен в зону допуска (зеленую).
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )